电动汽车超级电容电池 充电只需几分钟

2011-05-10 17:41:50来源: 网络

  为了开发新一代电动汽车、太阳能系统和其他清洁能源技术,研究人员需要一种有效的途径来存储能量。有一种关键的能量存储设备适用于这些应用和其他应用,就是超级电容器,也称为电双层电容器(electric double-layer capacitor)。

  独特的三维阵列纳米孔刻在沸石矿模板炭中,使它能够用作电极,以制备高性能超级电容器,这种电容器具有高容量和快速充电时间

  在最近的一项研究中,科学家们已经考察了可能使用的一种材料,这种材料叫做沸石矿模板碳(zeolite-templated carbon),可作为电极,用于这种类型的电容器,他们发现,这种材料独特的孔状结构大大提高了电容器的整体性能。

  研究人员博之福华(Hiroyuki Itoi),西原博友(Hirotomo Nishihara),太极小暮(Taichi Kogure),京谷隆(Takashi Kyotani)来自日本仙台(Sendai)东北大学(Tohoku University),他们已经发表的成果就是研究高性能电双层电容器,发表在最近一期的美国化学学会杂志(Journal of the American Chemical Society)。

  为了储存能量,电双层电容器充电要使用离子,这些离子从本体溶液(bulk solution)迁移到电极,在那里它们被吸附。在到达电极表面之前,这些离子必须穿过狭窄的纳米孔,而且要尽可能快速高效。基本上可以说,离子穿过这些路径越快,电容器充电就越快,就会带来高速度性能。此外,电极吸附离子密度越大,电容器可以存储的电荷量就越大,就会带来高容量电容。

  最近,科学家们一直在测试材料,他们使这些孔具有各种不同的大小和结构,努力实现既有快速的离子传输,又有很高的吸附离子密度。但是这两个要求是有点矛盾的,因为离子穿过较大的纳米孔会更迅速,但大纳米孔会使电极密度低,从而降低吸附离子密度。

  “在这项工作中,我们成功地表明,有可能满足这两个看似矛盾的要求,就是满足高功率密度和高容量电容,采用沸石矿模板炭就可以,”西原对物理学家组织网站说。

  这种沸石矿模板炭包含的纳米孔直径是1.2纳米,小于大多数电极材料,而且有一种非常有序的结构,而其他的孔可能就是无序的和随机的。这种纳米孔的小尺寸就使得吸附离子密度很高,而这种有序的结构被描述为钻石般的框架,就使离子可以快速穿过纳米孔。在先前的研究中,研究人员发现,沸石矿模板炭上面的纳米孔小于1.2纳米,就无法实现快速离子传输,这表明这一尺度可提供最佳平衡,就是平衡高速性能与高容量电容。

  在测试中,沸石矿模板炭的性能超过了其他材料,表明它可被用作一种电极,用于高性能电双层电容器。

  “我们现在正在试图进一步提高沸石矿模板炭的能量密度,使它达到和充电电池相同的水平,”西原说。“如果这样的电双层电容器被开发出来,用于移动设备比如手机,充电时间就可缩短到只有几分钟。还有另一个重要的应用前景,就是电双层电容器可以支持电动汽车的充电电池,延长电池使用寿命。也为了这种目的,实现更高的能量密度就是一个关键问题。”

关键字:电动汽车  超级电容  充电

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2011/0510/article_3693.html
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